[实用新型]一种管型固体氧化物燃料电池

说明书

本实用新型公开了一种管型固体氧化物燃料电池，包括依次从内至外依次套设有筒状的内电极、电解质薄膜和外电极，所述内电极由包括至少一种氧化物的两种以上组分组成，其中至少一种组分为电极催化剂，至少一种氧化物为含有稀土元素的氧离子导体；所述内电极内壁或外壁上设置至少一条引导气体流动的螺旋形流道，所述螺旋形流道的轴线和所述固体氧化物燃料电池的轴线重合；所述内电极采用3D打印方法获得。本实用新型采用螺旋形流道设计，在不显著增加气阻的情况下强化传质过程，提高电池发电性能；采用3D打印技术同时制备内电极、电解质薄膜以及外电极，不需要制造模具，可有效缩短研发和生产周期。

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池，尤其涉及一种管型固体氧化物燃料电池。

背景技术

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，其具有发电效率高、排放低、对多种燃料气体广泛适应以及余热利用价值高等优点，是提供清洁高效的能源、缓解能源和环境危机、实现我国可持续发展的重要战略性技术之一。SOFC结构主要有管式和平板式，其中管式结构是最早发展的一种形式，较为成熟，其结构简单，是目前SOFC经常采取的一种形式。

现有的管型电池中，其反应气体从电池一端流到另一端，通过浓差扩散穿过内电极或外电极，到达内电极或电解质界面附近参与电极反应，其气体流动主要是平流形式，传质效率比较低。为解决上述问题，目前在现有的制备质子交换膜燃料电池（protonexchange membrane fuel cell，简称PEMFC）技术中，尝试加入流道设计，比如加入双极板流道结构，其设计复杂不易制备，而且现有产品中还没有针对SOFC进行优化的流道结构设计。

由现有技术可知，专利CN 105226305A采用3D打印技术通过制备集流板一体化燃料腔体和密封紧固集流板，制备PEMFC，使燃料电池结构紧凑、简单。专利CN 105070932A同样利用3D打印技术，制备紧凑式圆柱形PEMFC。然而，这些专利都没有针对SOFC进行结构设计和3D打印制备。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种管型固体氧化物燃料电池。旨在解决现有的管型SOFC结构中反应气体以平流形式从电池一端流到另一端气体流动参与电极反应，传质效率比较低的问题；以及用3D打印制备SOFC的结构设计问题。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：

一种管型固体氧化物燃料电池，所述管型固体氧化物燃料电池从内至外依次套设有筒状的内电极、电解质薄膜和外电极，其中：

所述内电极由两种以上组分组成，其中含有至少一种氧化物，其中至少一种组分为电极催化剂，至少一种氧化物为含有稀土元素的氧离子导体；

所述内电极在垂直于所述内电极轴向方向的截面上包括外沿以及内沿，所述外沿以及内沿沿轴向延伸形成内电极内壁和外壁，所述内电极内壁或外壁上设置至少一条引导气体流动的螺旋形流道，所述螺旋形流道的轴线和所述固体氧化物燃料电池的轴线重合；

所述内电极采用3D打印方法获得。

所述的管型固体氧化物燃料电池，其中，所述内电极的外沿轮廓和内沿轮廓均为圆形，在所述内电极的内壁上设置至少一条螺旋形凹槽，所述凹槽的深度为内电极厚度的5-50%，形成引导内电极气体流动的螺旋形流道。

所述的管型固体氧化物燃料电池，其中，所述内电极的外沿轮廓为圆形，所述内沿轮廓为多边形，所述内沿轮廓的多边形由三条或三条以上的边构成，所述内沿轮廓的外接圆直径小于所述外沿轮廓的圆形直径，所述多边形沿轴向螺旋型延伸，在所述内电极内壁形成引导内电极气体流动的螺旋形流道。